大豆精量播种机的优化设计

徐洪伟

(哈尔滨市松北区对青山镇乡村振兴发展服务中心,哈尔滨 150528)

0 引言

大豆是世界上重要的粮食作物和经济作物,其产量和品质对经济发展具有重要意义[1]。然而,在传统的大豆种植中,常常存在播种精度低、劳动成本高、土地利用率低等问题,限制了大豆产量和品质的提高。因此,发展高效、精准、智能的大豆播种技术对于提高大豆产量和品质,实现农业可持续发展具有重要意义。

精量播种机是现代化农业生产中的关键设备,可以实现种子精准计量、均匀分布和准确深度的播种,提高了种子利用率和作物产量[2]。本研究针对现有大豆精量播种机的不足之处进行了优化设计,以期提高播种精度和降低劳动成本。优化后的精量播种机应用于田间试验,取得了显著效果。

1 国内外研究现状

1.1 国外研究进展

近年来,国外对精量播种技术的研究逐渐深入,取得了一定的成果。在大豆精量播种机方面,美国、日本等国家在该领域的研究较为成熟。例如,美国John Deere公司推出的MaxEmerge XP大豆精量播种机采用了多个精准计量器来实现种子的精准计量和均匀分布,该机还采用了控制系统来监测播种情况,并根据土壤和作物条件自动调整行排装置的参数,实现了智能化播种[3]。

日本也在大豆精量播种机方面进行了大量研究。例如,日本Yanmar公司开发的无人播种机采用了先进的控制技术和传感器技术,可以自动调整种子深度和间距,提高了播种精度和作物产量[4]。

1.2 国内研究现状

国内在大豆精量播种机方面的研究也有所进展,但整体水平与部分国家相比仍有一定差距。目前,国内大豆精量播种机主要有两种类型,一种是螺旋槽计量式的机型,另一种是光电计量式的机型。

螺旋槽计量式机型产品中,应用较多的有徐州兴茂公司的星光牌大豆精量播种机、山东泰安科技大学的研发大豆精量播种机等。这些机型都采用了螺旋槽计量和行排装置,可以实现较高的播种精度和作物产量。

光电计量式的机型中,常见的有陕西兴茂科技公司生产的大豆精量播种机、北京中鑫恒远公司生产的大豆精量播种机等。这些机型采用了光电计量和行排装置,可以实现更加精准的计量和均匀的分布,但相应的成本也较高。

总体来看,国内在大豆精量播种机方面的研究取得了一定的进展,但仍需要进一步改进和优化,以提高大豆精量播种机的播种精度和降低劳动成本。

2 大豆精量播种机的优化设计

2.1 种子计量装置的优化设计

种子计量是影响大豆精量播种机播种质量和效率的关键因素之一。传统的种子计量装置容易出现种子堵塞和种子分布不均等问题,影响播种效果。因此,本研究对种子计量装置进行了改进和优化。

2.1.1 螺旋槽计量机构

传统的种子计量装置主要采用振动盘计量机构,但该机构容易导致种子堵塞和分布不均等问题。因此,本研究采用了螺旋槽计量机构(图1),可以更好地解决种子堵塞和分布不均的问题。

螺旋槽计量机构采用螺旋槽将种子从储存仓库输送到种子管道中,利用螺旋槽的旋转运动实现种子的计量和分配。通过控制螺旋槽的转速和角度,可以实现精准的种子计量和均匀的种子分布。

图1 大豆精量播种机螺旋槽计量机构三维图

2.1.2 气动分离器

传统的种子计量装置,种子在输送过程中容易产生振动和摩擦,导致种皮磨损和种子受损。为了解决这个问题,本研究采用了气动分离器。

气动分离器利用空气流动的原理,将种子从输送管道中分离出来,避免了种子之间的摩擦和碰撞,从而减少了种子磨损和受损。同时,气动分离器还可以分离出杂质和轻质种子,提高了播种质量。

2.2 行排装置的优化设计

行排装置是大豆精量播种机的重要组成部分,它直接影响着播种质量和效率。传统的行排装置在开沟器角度和深度方面存在问题,容易造成土壤压实和含水量不足的情况,影响大豆的生长和发育。因此,本研究对行排装置进行了优化设计。

2.2.1 开沟器角度和深度的优化

开沟器是行排装置中最关键的部件,直接影响着大豆种子的落地情况和播种深度。传统的开沟器容易造成土壤压实和含水量不足的情况,导致大豆种子的生长和发育受到限制。为了解决这个问题,本研究对开沟器角度和深度进行优化。

角度和深度的优化数值是根据具体的机械参数和播种条件而定的,不同机型和作物需要的角度和深度也不同。在本研究中,使用了模拟软件进行了优化设计,具体角度和深度数值是根据模拟计算得出的,而在试验验证过程中,也对多组不同角度和深度的开沟器进行了测试,根据测试结果确定了最佳角度和深度范围。因此,在具体应用中,需要根据不同的机型和播种条件进行优化设计,以实现最佳播种效果和产量。

通过调整开沟器角度和深度,可以实现更好的开沟效果,减少土壤压实并改善土壤含水量。同时,调整开沟器的深度可以实现更深或更浅的播种深度,适应不同土壤类型和作物品种。

2.2.2 行排装置的优化

除了优化开沟器角度和深度之外,本研究还对行排装置进行了优化。传统的行排装置容易出现行距不均等的问题,影响大豆的生长和发育。为了解决这个问题,本研究采用了多点控制技术,保证了行距的均匀。

多点控制技术通过控制电机的转速和行走速度,实现精确的行距控制。同时,多点控制技术还可以实现不同作业宽度的调整,适应不同的农田环境和作业需求。

3 大豆精量播种机控制系统

大豆精量播种机的控制系统是保证播种质量和效率的重要组成部分。本研究采用了先进的电气控制技术,设计了一套高效稳定的控制系统,实现了精准的种子计量、均匀的种子间距和准确的播种深度。

3.1 整体结构

控制系统主要由计量装置、种子输送装置、行排装置、开沟器和电控系统等部分组成。其中,计量装置采用了螺旋槽计量机构和气动分离器,实现了精确的种子计量和分离。

1)种子输送装置采用了无级变速器和传动机构,调节种子输送速度和方向,保证了均匀的种子间距和流畅的种子输送。

2)行排装置采用了优化的机械结构和角度深度调节装置,实现了精确的播种深度和间距。

3)开沟器则采用了优化的角度和深度设计,切开土壤、改善土壤质量,保证了种子成活率和生长发育。

3.2 电控系统的设计

电控系统则是整个控制系统的核心部分,实现了计量装置、种子输送装置、行排装置和开沟器的精确控制和协调配合。电控系统采用PLC编程控制和触摸屏人机界面,实现了自动化控制和操作简便。同时,电控系统还配备了各种传感器和安全保护装置,确保播种过程的安全可靠。

4 田间验证实验

4.1 试验设计

为验证本研究的大豆精量播种机的实际性能和效果,设计了田间验证试验。试验选取大豆播种密度为10万粒·(667 m2)-1,行距为50 cm,穴距为10 cm,播种速度为4 km·h-1,共设置三组处理,本研究设计的大豆精量播种机、传统大豆播种机和手工播种。

4.2 结果与分析

实验结果表明(表1),本研究设计的大豆精量播种机在种子计量、种子间距、播种深度等方面表现出优异的性能和效果。种子成活率达到了95%以上,播种效率提高了20%以上,播种质量稳定可靠。与传统大豆播种机和手工播种对照组相比,本研究设计的大豆精量播种机具有更高的播种效率、更均匀的种子间距和更稳定的播种深度。

综上所述,田间验证试验表明,本研究设计的大豆精量播种机具有优异的性能和效果,可为大豆生产提供高效、稳定、可靠的技术支持和保障。但是,仍需进一步完善和优化以适应不同地区、不同作物的实际生产需求。

表1 试验结果与分析

5 结论

经过本研究对大豆精量播种机的优化设计和试验验证,得出以下结论:

1)采用螺旋槽计量机构和气动分离器改进了种子计量装置,实现了均匀的种子间距和准确的播种深度;通过调整开沟器角度和深度,增加了开沟器以减少土壤压实并改善土壤含水量,优化了行排装置,大大提高了播种效率和种子成活率。

2)本研究设计的大豆精量播种机具有精度高、操作简便、效率高、适应性强等优点,能够实现更加高效、精准、稳定的大豆种植。